对提高粉质填土压实质量主要条件的探讨

王 栋

(山西省建筑设计研究院，山西太原 030013)

随着经济和建设的快速发展，填方工程在工程建设中越来越常见。填土压实质量的好坏直接决定上层建筑的安全和稳定。在压实过程中，填土土粒在动荷载作用下产生移动，使得土体孔隙减少，干密度增大，压缩性和透水性降低，强度增大，从而达到工程建筑的要求［1］。目前我国主要通过压实度指标对填土进行压实质量控制。然而，填土在什么条件下压实才能达到规定的压实度要求，是填方工程施工中值得长期研究和探讨的重要问题。尤其是对于粉土，由于工程性质不佳，过度压实会使土体易于吸水软化，影响工程质量。本文在探讨粉土击实原理的基础上，对影响粉质土压实的因素进行了探讨，从而提出提高粉质土压实质量的主要条件。

1 粉土压实机理及击实试验结果

一般环境状态下的土体均为土、气、水的三相体。土体的压实机理是在瞬时作用的动荷载作用下，粒径较小的土颗粒被挤入粒间孔隙中，从而使得土颗粒位置重新调整组合，土体空隙减小，单位体积内的土体质量增加，土体压实后的强度和稳定性有所提高。研究表明，不同类型的土压实性能不同［2］。粗粒土和细粒土、粉质土和粘质土在相同击实条件下压实后的表现并不相同。粉质土细粒含量较多，土颗粒主要为0.005 mm～0.075 mm的粉粒，且粒径均匀，级配不良。击实过程中细颗粒之间的空隙并不能被更小的土颗粒所填充，无法形成太密实的填充和嵌挤结构，因此粉土不易压实，压实性能较差。此外，粉土毛细现象发达，表面易蒸发失水，下层受毛细孔影响易吸水、渗透。因此粉土与粘性土和砂土不同，它在含水量过高或过低时均不能很好的压实。当含水量过低时，水分易蒸发，颗粒分散，聚合能力和水吸附能力差，击实时会出现扬尘，土体不易压实。当含水量过高时，孔隙水难以快速消散，部分击实能被孔隙水承担，从而造成能量的浪费和橡皮土现象，导致此时的粉土也不易压实［3］。

2 提高粉土压实质量的条件

1)含水量的影响。粉土在不同含水量下击实时所能达到的干密度是不同的。其干密度值随含水量先增大后减小。粉质土在填筑时含水量过小或过大，均不能碾压到最密实的状态，压实度难以达到规范要求。含水量过小时，土粒间的内摩阻力大，在某一击实能下压实到一定程度后，这一击实能将不能再继续克服土体抗力，从而压实的干密度较小。但当含水量增大到某一程度时，压实干密度开始显著增加。对一般低液限粉土，这一含水量值约为6%～7%。此时增加的水分在土颗粒间起到了润滑作用，减小土粒间的内摩阻力，击实能可继续发挥作用，干密度得到提高，单位体积土体中的空气体积逐渐减小。但含水量继续增大到某一极值后，土体干密度随含水量增加反而减小。这是因为此时过大的含水量使得土体中产生自由水，阻碍土粒移动，且此时作用在土体上的击实能有相当一部分被水消耗，土体干密度反而下降。可见对于粉土而言，应注意填筑时的含水量是否控制在最优含水量附近。而控制最优含水量需要注意到天然含水量在不同季节和时间的变化，实际操作时，应多次、多个地对土体的天然含水量进行测定，并在浇筑时让水分有充分的时间渗透到土体中，从而在最优含水量下进行碾压。最优含水量往往通过室内击实试验确定，因此在进行室内击实试验时，土样是否具有代表性以及室内击实试验结果的准确性都是提高粉土压实质量的关键。2)有学者在文献中指出，粉土土样尽管在最优含水量下压实到最大干密度，但土体中含气量仍达到 6.8%，孔隙比为0.42［4］。表明即使保证填筑时的含水量为最优含水量，也不尽然会使压实粉土具有良好的性能。只能说填筑含水量是保证压实质量的因素之一，但比较重要。随击实能增大，土体的最优含水量减小，最大干密度增加。但击实能对土体在不同范围内的含水量的影响是不同的。土体含水量较小时，增加击实能对增大土体干密度有显著效果，但含水量较大时则效果不明显。可见土体含水量较大时不宜采取增加击实能的办法来增大干密度，这种方法在此种情况下并不经济。此外压实度是指现场检测干密度与室内击实试验得到的最大干密度之比。提高压实度是提高粉土压实质量的关键，但应保证现场选用的压实机械所能达到的击实能与室内击实试验时采取的击实能一致。而室内击实试验测定的最大干密度的准确性是保证压实度与实际相符的重要条件。3)除含水量和击实能外，压实机械、压实方法、碾压遍数、碾压层厚度以及碾压速度等都会对土体压实产生一定的影响［1，5］。不同的压实机械和压实方法适用于不同的土体。如羊足碾适用于粘性土，光面压路机和轮胎压路机则适用于各种土的压实。对粉土而言，其在松散、半密实和密实状态下的自振频率不同，随着密实度增加，自振频率由低向高扩散。可根据振动频率选用振动压路机或冲击式压路机。此外，粉土由于粘粒含量少，颗粒间粘结力弱，受振动作用可将下部深度范围内的土体压实。因此粉土压实时适合采用振动和冲击式压路机联合碾压，同时配合静力式压路机压实上部土体。碾压遍数反映了同种压路机械击实能的大小，因此粉土压实时不应一味增加碾压遍数。另外还应注意到粉土由于颗粒细，表面水分易散失，水分不易下渗，碾压时土层不应过厚等问题。

3 结语

由以上分析可知，粉土压实时若能满足下述条件，可使压实质量得到提高:1)填筑时的含水量应控制在最优含水量附近，一般为最优含水量±2%的范围内。2)应在经济击实能下对粉土进行压实。3)室内击实试验测得的最大干密度和最优含水量的准确性是保证压实度与其真实值保持一致的重要条件。4)采用振动、冲击和静压相结合的方式对粉土进行压实，能取得较好的压实效果。粉土压实时需要在多个条件同时满足的情况下才能达到最佳效果。因此控制施工含水量、选择合理的施工机械和压实方法等均为保证粉土压实质量的重要条件。

［1］姚海龙.土路基压实度影响因素分析［J］.湖南交通科技，2008，34(2):65-68.

［2］崔文毅.粉质土和粘质土的压实技术［J］.建筑机械，2001(6):39-40.

［3］赵慧君，赵 旭，汪媛媛.低液限粉土路基施工控制技术［J］.施工技术，2008，37(S6):120-123.

［4］彭丽云，刘建坤，肖军华，等.京九线路基压实粉土力学特性的试验［J］.北京交通大学学报，2007，31(4):56-60.

［5］王 军.浅谈影响高速公路路基压实度的主要因素及其处理办法［J］.铁道标准设计，2003(3):46-47.